Synthetische Oligomere von amyloidogenen Peptiden durch reversible Chemie

Isolierte oder in vitro dargestellte Oligomere von aggregationsfreudigen, in neurodegenerative Krankheiten involvierte Peptide und Proteine stellen Gemische aus verschiedenen Spezies mit unterschiedlichen Größenverteilungen sowie Morphologien dar. Ermittelte neurotoxische Eigenschaften können daher...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Wuttke, André
Beteiligte: Geyer, Armin (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2016
Chemie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Isolierte oder in vitro dargestellte Oligomere von aggregationsfreudigen, in neurodegenerative Krankheiten involvierte Peptide und Proteine stellen Gemische aus verschiedenen Spezies mit unterschiedlichen Größenverteilungen sowie Morphologien dar. Ermittelte neurotoxische Eigenschaften können daher nicht auf ein bestimmtes Oligomer zurückgeführt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Modellsystem zur Darstellung eines bestimmten Oligomers im wässrigen Milieu entwickelt. Die Synthese solcher Spezies mit einem vorgegebenen Oligomerisierungsgrad über klassische, irreversible Reaktionen ist mit einem hohen Material- und Zeitaufwand verbunden. Daher wurde in dieser Arbeit die Ausbildung von reversiblen Bindungen an Templaten, die den Oligomerisierungsgrad kontrollieren, genutzt, um sogar größere Peptidoligomere mit einem wesentlich geringeren Aufwand darstellen zu können. Als Template wurden Homooligomere des diolhaltigen Thiazolidinlactams hot=Tap verwendet. Durch Boronsäureveresterung der Dioleinheiten mit entsprechend modifizierten Peptiden konnten Aβ(32-40)-Oligomere in DMSO-d6 und PrP(106-118)-Oligomere im wässrigen Milieu aufgebaut werden. Die Synthese der hot=Tap-Homooligomere konnte bis zum Hexamer erfolgreich durchgeführt werden. Ein quantitativer Umsatz zu Aβ-Oligomeren konnte mit einem Dreikomponentensystem in DMSO-d6 erreicht werden. Dabei wurden neben dem hot=Tap-Templat noch 2-Formylphenylboronsäure und das unmodifizierte Aβ(32-40)-Peptid verwendet. Über das N-terminale Amin und die Aldehydfunktion der 2-Formylphenylboronsäure kommt es zur Ausbildung eines Imins. Darüber hinaus reagiert die Boronsäure mit einem Diol des Templats zum Boronsäureester. Die erhaltenen NMR-Spektren weisen eine hohe Dispersion auf, so dass mit Hilfe einer detaillierten strukturellen Analyse in Kombination mit Moleküldynamiksimulationen ein Strukturvorschlag für das boronsäureesterbasierende Aβ(32-40)-Trimer erstellt werden konnte. Auf den Erkenntnisse aus den Experimenten in DMSO-d6 aufbauend wurden nachfolgend Peptidoligomere mit einem vorgegebenen Oligomerisierungsgrad über Boronsäureveresterung im wässrigen Milieu bei einem physiologischen pH-Wert von 7,4 dargestellt. Dabei wurde der wasserlösliche und biologisch relevante Ausschnitt 106-118 des Prion-Proteins genutzt. Als geeignetes Bindungsmotiv der Peptide an die hot=Tap-Template konnte das Benzoboroxol identifiziert werden. Mit dieser Boronsäure modifizierte PrP(106-118)-Peptide wurden erfolgreich durch Veresterung an den hot=Tap-Polyolen zur Darstellung von PrP-Oligomeren bis zum Hexamer eingesetzt. Die erfolgreiche Reaktion im wässrigen Milieu wurde dabei mittels NMR- und UV/Vis-Spektroskopie bestätigt. In der Arbeitsgruppe Dodel (Fachbereich Medizin, Philipps-Universität Marburg) wurden von Frau Albus mehrere Dot Blot-Experimente mit den synthetisierten PrP(106-118)-Oligomeren und dem monoklonalen Maus-Anti-Prion-Protein-Antikörper 3F4 durchgeführt. Durch diese Experimente konnte gezeigt werden, dass die in dieser Arbeit dargestellten Oligomere mit einem Spacer zwischen PrP(106-118) und dem Benzoboroxol als Mimetika, bzw. Modell für die frühen Spezies der Aggregation des Prion-Proteins angesehen werden können. Weiterhin wurde im Rahmen dieser Arbeit die Eignung des hot=Tap als β-turn Mimetikum untersucht. Dazu wurden zwei zyklische Hexapeptide synthetisiert. Detaillierte strukturelle Untersuchungen mittels NMR-Spektroskopie und Kristallstrukturanalyse zeigten deutlich, dass der hot=Tap-Baustein nicht die Positionen i+1 und i+2 einnimmt, welche typischerweise von β-turn-Mimetika, wie dem Hot=Tap, besetzt werden. Weiterhin wurden Gramicidin S-Derivate mit einem hot=Tap-Baustein synthetisiert, wobei ein D-Phe-Pro-turn des natürlichen antimikrobiell-wirkenden Gramicidin S substituiert wurde. Durch NMR- und CD-spektroskopische Untersuchungen konnte ermittelt werden, dass der Einbau des hot=Tap-Bausteins zu einer Abweichung, z.B. durch Verdrillung oder erhöhter Flexibilität des Rückgrats, von der für Gramicidin S typischen Struktur führt. Trotz dieser eher nachteiligen Eigenschaft konnte gezeigt werden, dass durch den Einbau von Alkylketten über Ketale zur Schützung der Diolgruppe des hot=Tap vergleichbare biologische Profile wie beim natürlichen Gramicidin S möglich sind. Die entsprechenden antimikrobiellen Tests zur Bestimmung der minimalen Hemmkonzentrationen wurden in der Arbeitsgruppe Ulrich (Institut für Organische Chemie, Karlsruher Institut für Technologie) von Frau Dr. Berditsch durchgeführt. Die beiden sehr hydrophoben Verbindungen zeigten neben ihrer etwas geringeren antimikrobiellen Aktivität auch eine höhere hämolytische Wirkung als Gramicidin S. Eines der Derivate hatte jedoch im Vergleich zum natürlichen Gramicidin S eine vergleichbare antimikrobielle und schwächere hämolytische Aktivität, was diese Verbindung zur geeigneten Leitstruktur für weitere Optimierungen macht.
Beschreibung:352 pages.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2016.0858